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1、单片机平台

2、嵌入式 Linux 平台

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GPIO 八种工作模式详解

     接着上一篇的讲，我们上一篇研究了 GPIO 的硬件结构，其来源于 STM32 官方手册，研究了 GPIO 的八种工作模式和推挽输出及开漏输出原理，接下来我们研究 GPIO 的软件部分，分别从单片机平台和 Linux 平台来研究。

1、单片机平台

单片机平台编写 GPIO 口程序，以 STM32F103 为例，有三种模式：库函数、HAL库、寄存器。

使用库函数的方式操控 GPIO 方式如下：

void LED_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);//使能 PB 端口时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    //PB5 端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO 口速度
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); //根据设定参数初始化 GPIOB.5
    GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5); //PB.5 输出高
}

上述代码就是使用库函数来初始化 STM32 的一个 IO 为输出功能，可以看出上述初始化代码中重点要做的事情有一下几个：

①、使能指定 GPIO 的时钟。

②、初始化 GPIO，比如输出功能、上拉、速度等等。

③、STM32 有的 IO 可以作为其它外设引脚，也就是 IO 复用，如果要将 IO 作为其它外设引脚使用的话就需要设置 IO 的复用功能。

④、最后设置 GPIO 输出高电平或者低电平。

STM32 的 GPIO 初始化就是以上四步，使用库函数操作 GPIO 还是很简单的。但是我们知道 STM32F1 系列是有库函数的，但是 STM32F7 系列就没有库函数了，ST 公司没有出，STM32F7 只有 HAL 库和寄存器两种操作方式。

2、嵌入式 Linux 平台

先总结一句：不管是单片机还是高端 ARM 平台，最底层都是寄存器，硬件之上就是寄存器，任何封装形式到最底层就是操作寄存器。

对于上了 Linux 系统的平台，我们有其他方法，让它可以像单片机一样简单的操作 IO 口，这得益于各路 Linux 大神对系统底层的封装。

在 Linux 中有 pinctrl 和 gpio 子系统，它们提供了 API 接口给你使用，让你方便的操控 GPIO 口。

Linux 内核针对 PIN 的配置推出了 pinctrl 子系统，对 GPIO 的配置推出了 gpio 子系统。

上面这句话很重要，我详细解释一下：这里是将 pin 脚和控制 IO 口输入输出分离。

pinctrl 子系统管理 200 个 IO 口的上拉下拉电阻，电流驱动能力，是硬件底层的存在。如果 pinctrl 将某个 pin  脚初始化成了普通 GPIO 而不是 IIC 或者 SPI，那么接下来我们就可以使用 gpio 子系统的 API 去操作 IO 口输出高低电平。

传统的配置 pin 的方式就是直接操作相应的寄存器，但是这种配置 方式比较繁琐、而且容易出问题(比如 pin 功能冲突)。pinctrl 子系统就是为了解决这个问题而引入的，pinctrl 子系统主要工作内容如下：

①、获取设备树中 pin 信息。

②、根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的复用功能

③、根据获取到的 pin 信息来设置 pin 的电气特性，比如上/下拉、速度、驱动能力等。

对于我们使用者来讲，只需要在设备树里面设置好某个 pin 的相关属性即可，其他的初始化工作均由 pinctrl 子系统来完成，pinctrl 子系统源码目录为 drivers/pinctrl。

注意，pinctrl 子系统也是一个标准的 platform 驱动，当设备和驱动匹配的时候，probe 函数会执行，只是 pinctrl 子系统采用的 arch_initcall 去声明，而不是 module_init（device_initcall），所以在系统起来的时候它会先加载。（具体原因看下面这篇文章）

Linux 驱动挂载顺序分析

pinctrl 和 gpio 子系统软件框架如下：

pinctrl

gpio

可以看出其实两者软件框架一样的，主要是 HW Abstract layer 具体实现不一样。

你以为两者是分离的，实际上不是的，gpio 子系统是基于 pinctrl 子系统的，gpio  的 API 接口的实现很多都是基于 pinctrl 子系统的函数。